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Science重磅:CRISPR神助攻癌细胞上演间谍大戏,杀遍原位及复发肿瘤,最后自杀丨医麦黑科技

· 医麦黑科技

听起来似乎像一出间谍大戏:取出已经离开原位肿瘤并扩散到身体其他部位的癌细胞,利用基因组编辑技术CRISPR对其改造,将其训练为冷血杀手,然后等这些改造的癌细胞回家的时候(癌细胞的自我归巢特点),就会扮演刺客的角色,不动声色的杀死原位以及复发肿瘤,执行完任务后缴械自杀。

这是由哈佛医学院的Khalid Shah博士领导的一项为期四年的研究,已于2018年7月11日发表在国际权威期刊《Science Translational Medicine》上,科学家表示:经过CRISPR改造的癌细胞基于其归巢特性能够攻击并追踪原位肿瘤以及转移的肿瘤,显著延长了脑肿瘤小鼠以及乳腺癌脑转移小鼠的存活率。

事实上,12年前,科学家就已经观察到了转移到远端的癌细胞会重新回到原位肿瘤这一现象,但现在,这仍然是癌症生物学中最令人意想不到和令人困惑的问题之一,被称为肿瘤自播(自动下种)。既然癌细胞具有这种自身定位能力,那么何不利用这一点治疗癌症呢?将能够杀死癌细胞的病毒或自杀基因放入归巢的细胞中(这些细胞必须以某种方式对这些致死因子产生抗性),并期待他们在回到原位肿瘤的时候,将致死的有效负荷转移给原位肿瘤细胞。例如先前的研究中使用循环肿瘤细胞将癌症致死病毒递送至非循环肿瘤细胞。

显然,这项最新的研究并不是第一次尝试癌症抗癌,但不同的是,这种新方法使用了CRISPR /Cas9基因编辑技术来操纵进攻性癌细胞,并赋予它们更复杂的特性:为亲代细胞增加抗性或敏感性特征。为了让该技术发挥作用,首先,研究人员寻找能够在许多类型的癌细胞中引发细胞死亡的蛋白质,毕竟癌细胞是不会轻易启动自身凋亡程序。

在经过一系列实验及分析之后,研究人员最终选择了一种名为S-TRAIL的蛋白质,其具有杀死多种癌细胞的能力,同时对健康细胞没有特别的毒性。

备注

部分肿瘤细胞表面有一类肿瘤坏死因子(TNF)受体-死亡受体,当特定的配体分子(肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体,TRAIL)与之结合,与肿瘤凋亡相关的信号通路就会开启,终止其无限增殖

与此同时,该研究团队设计了两个可行的临床转化方案:

一图读懂论文系列

A-同种异体模型:筛选出对TRAIL有抗性的肿瘤细胞,并对其工程化设计,使其成为一种通用的治疗性肿瘤细胞(能够产生大量的TRAIL),回输给对这种治疗敏感的癌症患者。另外,因为这种通用肿瘤细胞能够激活前体药物的自杀系统[单纯疱疹病毒胸苷激酶基因(HSV-TK)]共同工程化,所以使用更昔洛韦(GCV)治疗后,这种治疗性癌细胞即可消除。

B-自体移植:通过CRISPR技术在体外编辑患者的肿瘤细胞,使其对TRAIL产生抗性(敲除),同时导入表达TRAIL的基因。这类改造后的细胞进行自体回输后能够特异性杀死原位和转移的肿瘤。

需要注意的是,上述治疗路线中,还提及了自杀系统。这是由于TNF受体失活(抵抗TRAIL),这些经CRISPR编辑的肿瘤细胞在杀死癌细胞后,会继续不受控制地增殖。因此,在完成抗癌任务后,需要永绝后患。

三种肿瘤模型中的试验结果

然后,该团队在原发性胶质母细胞瘤小鼠、复发性胶质母细胞瘤小鼠以及乳腺癌脑转移小鼠模型中测试了两种不同的方法。

两种操作方法(图片来源 science)

第一种方法是:使用对S-TRAIL作用有抵抗力(不含TNF受体)的胶质母细胞瘤细胞(一种侵袭性脑癌),研究人员使用CRISPR编辑这些肿瘤细胞中的基因,使其产生大量的S-TRAIL,然后将细胞放在对致命蛋白敏感的癌细胞上。

另一种方法是:科学家们采用了对S-TRAIL效应敏感(含TNF受体)的胶质母细胞瘤细胞,并利用CRISPR技术,在给细胞提供产生蛋白质的基因之前切断了赋予这种敏感性的基因。

最终,接受CRISPR改造的癌细胞治疗的原发性或复发性脑癌的小鼠,肿瘤显著缩小,且90%在治疗后存活数周或数月,生存期显著延长。而通常这样的胶质母细胞瘤在小鼠和人中几乎是100%致命,并且在实验中未接受治疗的小鼠中是如此。另外,在乳腺癌脑转移的小鼠中,大约一半的小鼠在接受治疗后存活数周。

而且研究还表明,这种工程化癌细胞在移植后能够特异性地杀死原位和复发的肿瘤,还能够自己追踪肿瘤的转移灶进一步发挥杀伤作用。

Shah说,目前,他正在计划在一家创业公司中开发这种癌细胞抗癌的疗法。同时,Shah还补充道,在新研究提交给期刊后的一年里,他和他的同事已经获得了关于CRISPR改造的肿瘤细胞能够有效攻击癌细胞的更多数据。

该团队的其他科学家表示,他们可以想象这种试验性疗法很有希望进入临床试验。Rutgers大学的癌症生物学家Renata Pasqualini表示,“凭借充足的资源和先进的专业知识,我们可以看到朝着第一阶段临床试验发展的势头。”在此之前,她领导了一项2016年的研究,同样是使用癌细胞将抗肿瘤化合物直接传递给小鼠的原发性和转移性肿瘤,结果减少了肿瘤的生长,破坏了它们生存所需的血管,并在许多细胞中引发了自毁机制。Renata表示,最终能否进入临床试验,完全取决于安全性。

参考出处:

DOI: 10.1126/scitranslmed.aao3240

https://www.statnews.com/2018/07/11/crispr-makes-cancer-cells-turncoats/

https://www.sciencenews.org/article/cancer-cells-engineered-crispr-slay-their-own-kin

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